LIN總線是什么？CAN/LIN總線的區(qū)別與結(jié)構(gòu)

花點(diǎn)時(shí)間看了一些關(guān)于LIN總線基礎(chǔ)的內(nèi)容，把其中的關(guān)鍵點(diǎn)提取了出來(lái)，在這里分享給大家。在這里你可能要問(wèn)“不都有CAN總線了嗎？這個(gè)LIN總線又是從哪里來(lái)的？”其實(shí)理由很簡(jiǎn)單，就是CAN總線太貴啦！處處都用CAN總線的話，那整車(chē)的總線架構(gòu)成本將會(huì)變得很高！在一些比如車(chē)身電子配件的地方（如車(chē)窗、后視鏡、大燈、車(chē)鎖等），我們不需要報(bào)文像CAN總線上傳輸?shù)哪菢印案咚佟保「鞔髲S商一拍腦門(mén)就研究了這個(gè)LIN總線！

本文關(guān)注點(diǎn)：有了CAN為什么還會(huì)有LIN，CAN和LIN的區(qū)別，LIN的優(yōu)勢(shì)在哪？

1. 什么是LIN總線？

LIN（Local Interconnect Network）總線是基于UART/SCI（通用異步收發(fā)器/串行接口）的低成本串行通訊協(xié)議。其目標(biāo)定位于車(chē)身網(wǎng)絡(luò)模塊節(jié)點(diǎn)間的低端通信，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信，而這正是CAN總線的帶寬和功能所不要求的部分。

2. CAN/LIN總線區(qū)別

由于LIN網(wǎng)絡(luò)在汽車(chē)中一般不獨(dú)立存在，通常會(huì)與上層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，形成CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

2.1.LIN總線的主從關(guān)系

LIN總線采用的是單線傳輸形式，應(yīng)用了單主機(jī)多從機(jī)（有無(wú)主動(dòng)上報(bào)的支持？）的概念，總線電平一般為12V，傳輸速率最高限制為20kbps。由于物理層的限制，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)最多可以連接16個(gè)節(jié)點(diǎn)。

總線任務(wù)負(fù)責(zé)：

調(diào)度總線上幀的傳輸次序

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，處理錯(cuò)誤

作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘參考（不是異步通信？）

接收從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的總線喚醒命令

從機(jī)任務(wù)不能直接向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，需要接受到主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的幀頭后，根據(jù)幀頭所包含的信息來(lái)判斷：

發(fā)送應(yīng)答

接收應(yīng)答

既不接收也不應(yīng)答

LIN的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與若干個(gè)從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成

使用LIN總線可以大幅度削減成本（CAN和Lin都需要收發(fā)器，但是Lin屬于單線制在線束上節(jié)?。?/p>

傳輸具有確定性，傳播時(shí)間可以提前計(jì)算

LIN具有可預(yù)測(cè)的EMC（電磁兼容性）性能，為了限制EMC的強(qiáng)度，LIN協(xié)議規(guī)定最大傳輸速率為20kbps

LIN總線提供信號(hào)的配置、處理、識(shí)別和診斷功能（這些都是UART不具備的，可LIN是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？）

3.LIN報(bào)文幀結(jié)構(gòu)

LIN報(bào)文幀包括幀頭（hearder）與應(yīng)答（response）兩部分。主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)送至幀頭;從機(jī)負(fù)責(zé)接收幀頭并作出解析，然后決定是發(fā)送應(yīng)答，還是接收應(yīng)答或不回復(fù)。

（主機(jī)）幀頭結(jié)構(gòu)包括同步間隔段、同步段、PID段（受保護(hù)ID）段，應(yīng)答部分包括數(shù)據(jù)段與效驗(yàn)和段。其中值“0”為顯性電平、“1”為隱性電平，這點(diǎn)與CAN總線相類(lèi)似玩轉(zhuǎn)嵌入式micropoint8。在總線上實(shí)行“線-與”：當(dāng)總線有至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送顯性電平時(shí)，總線呈現(xiàn)顯性電平;所有節(jié)點(diǎn)均發(fā)送隱性電平或者不發(fā)送信息時(shí)，總線呈隱性電平，即顯性電平起著主導(dǎo)作用。

3.1.1.同步間隔段

同步間隔段至少是由13位的顯性電平組成，由于幀中的所有間隙或者總線空閑時(shí)總線均保持隱性電平狀態(tài)。所以同步間隔段可以標(biāo)志一個(gè)幀的開(kāi)始。其中同步間隔段的間隔符至少為1位隱性電平。

3.1.2.同步段

LIN同步以下降沿為判斷標(biāo)志，采用字節(jié)0x55（01010101b）進(jìn)行同步。在從機(jī)節(jié)點(diǎn)上可以不采用高精度的時(shí)鐘，由此帶來(lái)的偏差，需要通過(guò)同步段來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

3.1.3.PID段

受保護(hù)的ID的前6位叫做幀ID，加上兩個(gè)奇偶效驗(yàn)碼后稱(chēng)作受保護(hù)的ID。幀ID的取值范圍為0x00~0x3f總共64個(gè)，幀ID標(biāo)識(shí)了幀的類(lèi)別和目的地。從機(jī)任務(wù)會(huì)根據(jù)幀頭ID作出反應(yīng)（接收/發(fā)送/忽略應(yīng)答）。其中P0與P1效驗(yàn)如下：

LIN總線根據(jù)幀ID號(hào)的不同，把報(bào)文分為信號(hào)攜帶幀、診斷幀、保留幀。

PS：從機(jī)應(yīng)答幀是一個(gè)完整的幀，與（主節(jié)點(diǎn)）幀結(jié)構(gòu)中的“應(yīng)答”不同！

3.1.4.數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段可以包含1-8個(gè)字節(jié)，其中包含有兩種數(shù)據(jù)類(lèi)型，信號(hào)（singal）和診斷消息（diagnostic messages）。信號(hào)由信號(hào)攜帶幀傳遞，診斷消息由診斷幀傳遞。

協(xié)議中并沒(méi)有規(guī)定哪一部分顯示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼的信息（這點(diǎn)與CAN總線不同），數(shù)據(jù)的內(nèi)容與長(zhǎng)度均是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者根據(jù)幀ID事先約定好的。

總線上的數(shù)據(jù)是以廣播形式發(fā)出，任何節(jié)點(diǎn)均可以收到，但并非對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有用（與CAN相同）。具體到發(fā)布與接聽(tīng)是由哪個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行完成這個(gè)取決于應(yīng)用層的軟件配置，一般情況下，對(duì)于一個(gè)幀中的應(yīng)答，總線上只存在一個(gè)發(fā)布節(jié)點(diǎn)，否則就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。事件觸發(fā)幀例外，可能出現(xiàn)0，1，多個(gè)發(fā)布節(jié)點(diǎn)。

3.1.5.效驗(yàn)和段

效驗(yàn)和段是為了對(duì)幀傳輸內(nèi)容進(jìn)行效驗(yàn)。效驗(yàn)分為標(biāo)準(zhǔn)型效驗(yàn)與增強(qiáng)型效驗(yàn)。采用標(biāo)準(zhǔn)型還是增強(qiáng)型是由主機(jī)節(jié)點(diǎn)管理，發(fā)布節(jié)點(diǎn)和收聽(tīng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)幀ID來(lái)判斷采用哪種效驗(yàn)和。

4.LIN總線波形

5.LIN總線的通訊

上圖展示的是LIN總線的通訊方式，可以看出無(wú)論什么時(shí)候幀頭總是由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)布，當(dāng)主機(jī)節(jié)點(diǎn)想發(fā)布數(shù)據(jù)時(shí)，整個(gè)幀全部由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送。當(dāng)從機(jī)節(jié)點(diǎn)想發(fā)布數(shù)據(jù)時(shí)，幀頭部分由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)布，應(yīng)答部分由從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)布（主機(jī)怎么知道從機(jī)節(jié)點(diǎn)想發(fā)布數(shù)據(jù)，那肯定是主機(jī)節(jié)點(diǎn)無(wú)數(shù)據(jù)可發(fā)，故只發(fā)了幀頭？），這樣其余節(jié)點(diǎn)都能收到一個(gè)完整的報(bào)文幀?？梢院苤苯拥挠^察到，LIN總線的通訊都是由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)起的玩轉(zhuǎn)嵌入式micropoint8，只要合理的規(guī)定要每個(gè)節(jié)點(diǎn)的配置，這樣就不會(huì)存在總線沖突的情況（事件觸發(fā)幀沖突時(shí)采用采用沖突解決進(jìn)度表）。

幀類(lèi)型

5.1.無(wú)條件幀

無(wú)條件幀是具有單一發(fā)布節(jié)點(diǎn)的，無(wú)論信號(hào)是否發(fā)生變化，幀頭均會(huì)被無(wú)條件應(yīng)答的幀。

如上圖中幀ID=0x30應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點(diǎn)為從機(jī)節(jié)點(diǎn)1，收聽(tīng)節(jié)點(diǎn)為主機(jī)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用在從機(jī)節(jié)點(diǎn)向主機(jī)節(jié)點(diǎn)報(bào)告自身狀態(tài);幀ID=0x31中，應(yīng)答部分為主機(jī)節(jié)點(diǎn)，收聽(tīng)部分為從機(jī)節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用在主機(jī)節(jié)點(diǎn)向從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息;幀ID=0x32中應(yīng)答部分的發(fā)送節(jié)點(diǎn)為從機(jī)節(jié)點(diǎn)2，收聽(tīng)節(jié)點(diǎn)為從機(jī)節(jié)點(diǎn)1，應(yīng)用與從機(jī)節(jié)點(diǎn)之間的通信。

5.2.事件觸發(fā)幀

事件觸發(fā)幀是主機(jī)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)幀間隙中查詢(xún)各從機(jī)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)是否發(fā)生變化時(shí)使用的幀。當(dāng)存在多個(gè)發(fā)布節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)沖突解決進(jìn)度表來(lái)解決沖突。

當(dāng)從機(jī)節(jié)點(diǎn)信號(hào)發(fā)生變化的頻率較低的時(shí)候，主機(jī)任務(wù)一次次地查詢(xún)各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息會(huì)占用一定的帶寬。為了減小帶寬的占用，引入了事件觸發(fā)幀的概念。其主要原理就是：當(dāng)從機(jī)節(jié)點(diǎn)信息狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生變化的時(shí)候，從機(jī)節(jié)點(diǎn)可以不應(yīng)答主機(jī)發(fā)出的幀頭;當(dāng)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)信息同時(shí)發(fā)生變化的時(shí)候，同時(shí)應(yīng)答事件觸發(fā)幀頭會(huì)造成總線的沖突。當(dāng)主機(jī)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到?jīng)_突時(shí)，便會(huì)查詢(xún)沖突解決進(jìn)度表來(lái)依次向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送無(wú)條件幀（無(wú)條件幀只有能1個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)答）來(lái)確定從機(jī)節(jié)點(diǎn)的信息狀態(tài)。

與事件觸發(fā)幀關(guān)聯(lián)的多個(gè)無(wú)條件幀需要滿足以下5個(gè)條件：

數(shù)據(jù)段所包含的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)等長(zhǎng) 使用相同的效驗(yàn)與類(lèi)型數(shù)據(jù)段的第一個(gè)字節(jié)為該無(wú)條件幀的受保護(hù)ID，這樣才能夠知道應(yīng)答是哪個(gè)關(guān)聯(lián)的無(wú)條件幀發(fā)送出來(lái)的 由不同的從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)布不能與時(shí)間觸發(fā)幀處于同一個(gè)進(jìn)度表中。

5.2.1.偶發(fā)幀

偶發(fā)幀是主機(jī)節(jié)點(diǎn)在同一幀時(shí)隙中當(dāng)自身信號(hào)發(fā)生變化時(shí)向總線啟動(dòng)發(fā)送的幀。當(dāng)存在多個(gè)關(guān)聯(lián)的應(yīng)答信號(hào)變化時(shí)，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的的優(yōu)先級(jí)來(lái)仲裁。與事件觸發(fā)幀類(lèi)似，偶發(fā)幀也定義了一組無(wú)條件幀。規(guī)定偶發(fā)幀只有由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)布。

偶發(fā)幀的傳輸可能出現(xiàn)三種情況：

當(dāng)關(guān)聯(lián)的無(wú)條件幀沒(méi)有信號(hào)發(fā)生變化，這是主機(jī)連幀頭也不需要發(fā)送。

當(dāng)關(guān)聯(lián)的一個(gè)無(wú)條件幀信號(hào)發(fā)生變化則發(fā)送該幀。

當(dāng)有多個(gè)無(wú)條件幀發(fā)生信號(hào)變化時(shí)，則按照事先規(guī)定要的優(yōu)先級(jí)依次發(fā)送。

5.2.2.診斷幀

診斷幀包括主機(jī)請(qǐng)求幀和從機(jī)應(yīng)答幀，主要用于配置、識(shí)別和診斷。主機(jī)請(qǐng)求幀ID=0x3c，應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點(diǎn)為主機(jī)節(jié)點(diǎn);從機(jī)應(yīng)答幀ID=0x3d，應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點(diǎn)為從機(jī)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)段規(guī)定為8個(gè)字節(jié)，一律采用標(biāo)準(zhǔn)效驗(yàn)和。

5.2.3.保留幀

保留幀的ID=0x3e與0x3f，為將來(lái)擴(kuò)張需求用。

5.3.進(jìn)度表

進(jìn)度表是幀的調(diào)度表，規(guī)定了總線上幀的傳輸次序以及傳輸時(shí)間。進(jìn)度表位于主機(jī)節(jié)點(diǎn)，主機(jī)任務(wù)根據(jù)應(yīng)用程需要進(jìn)行調(diào)度。進(jìn)度表可以有多個(gè)，一般情況下，輪到某個(gè)進(jìn)度表執(zhí)行的時(shí)候，從該進(jìn)度表的入口處開(kāi)始執(zhí)行，到進(jìn)度表的最后一個(gè)幀時(shí)，如果沒(méi)有新的進(jìn)度表啟動(dòng)則返回到當(dāng)前進(jìn)度表的第一個(gè)幀開(kāi)始執(zhí)行玩轉(zhuǎn)嵌入式micropoint8，也有可能在執(zhí)行到某個(gè)進(jìn)度表時(shí)發(fā)生中斷，跳到另一個(gè)進(jìn)度表后再返回，如事件觸發(fā)幀就是一個(gè)典型的例子。

6.狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)

6.1.主機(jī)狀態(tài)機(jī)

6.2.從機(jī)狀態(tài)機(jī)

從機(jī)任務(wù)負(fù)責(zé)發(fā)布或者接聽(tīng)?zhēng)膽?yīng)答狀態(tài)，包括連兩個(gè)狀態(tài)機(jī)：同步間隔段與同步段檢查器、幀處理器。

6.3.從機(jī)任務(wù)狀態(tài)機(jī)

編輯：lyn